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基于自适应伪谱法的载人返回舱着陆段滑模制导方法

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载人航天 2020年第4期26卷 477-484页

作者：刘旭胥彪曹涛李爽宋婷南京航空航天大学航天学院南京210016 上海航天控制技术研究所上海201109

针对载人返回舱着陆段使用反推发动机定点着陆问题,基于自适应伪谱法和滑模控制理论提出一种轨迹跟踪制导方案,以同时实现着陆段姿态和轨迹跟踪。首先建立着陆段动力学模型,然后以燃耗最优为目标,使用自适应伪谱法获得着陆段姿态和轨迹... 详细信息

针对载人返回舱着陆段使用反推发动机定点着陆问题,基于自适应伪谱法和滑模控制理论提出一种轨迹跟踪制导方案,以同时实现着陆段姿态和轨迹跟踪。首先建立着陆段动力学模型,然后以燃耗最优为目标,使用自适应伪谱法获得着陆段姿态和轨迹指令,其次采用滑模控制理论设计了轨迹跟踪制导方法,实现着陆段轨迹跟踪控制,最后采用数值仿真验证了方法的有效性。仿真结果表明:所提方法的燃料消耗和着陆精度均满足反推着陆任务的要求,可为载人飞船反推着陆方案的实施提供有益参考。

关键词：载人返回舱反推着陆轨迹跟踪制导自适应伪谱法滑模控制

基于自适应伪谱法的卫星编队姿态机动优化问题研究

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基于自适应伪谱法的卫星编队姿态机动优化问题研究

运载火箭推力故障下基于智能决策的在线轨迹重规划方法

第37届中国控制会议

作者：张博渊宗群张秀云王丹丹天津大学电气自动化与信息工程学院

建立包括动量轮和四种干扰力矩影响下的高精度卫星姿态运动学和动力学模型,考虑卫星本身及其动量轮的各种约束条件,以燃料最省为性能指标,研究卫星编队姿态机动机动问题.通过自适应伪谱法将最优控制问题转化为参数优化的非线性规划问题... 详细信息

建立包括动量轮和四种干扰力矩影响下的高精度卫星姿态运动学和动力学模型,考虑卫星本身及其动量轮的各种约束条件,以燃料最省为性能指标,研究卫星编队姿态机动机动问题.通过自适应伪谱法将最优控制问题转化为参数优化的非线性规划问题进行求解.仿真结果表明,得到的最优姿态能够使得卫星编队在同一时间到达期望姿态,同时满足工程实际要求,求解速度和精度相比传统Gauss伪谱法得到一定提高.

关键词：姿态机动卫星编队自适应伪谱法

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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宇航学报 2021年第10期42卷 1228-1236页

作者：谭述君何骁张立勇吴志刚大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 大连理工大学辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室大连116024 大连理工大学电子与信息工程学院大连116024

为了提高运载火箭上升段飞行中推力故障下轨迹重规划的计算效率,提出了一种基于智能决策的在线轨迹重规划方法,将原问题转化为最优救援轨道的在线智能决策和成熟的燃料最优轨迹规划问题进行求解。通过离线求解不同故障状态对应的轨迹重... 详细信息

为了提高运载火箭上升段飞行中推力故障下轨迹重规划的计算效率,提出了一种基于智能决策的在线轨迹重规划方法,将原问题转化为最优救援轨道的在线智能决策和成熟的燃料最优轨迹规划问题进行求解。通过离线求解不同故障状态对应的轨迹重规划问题,建立“故障状态-救援轨道”样本集,基于径向基神经网络建立最优救援轨道的决策模型,并将决策模型装订箭上。在实际飞行中以当前故障状态作为输入,利用决策模型可在线快速决策出最优救援轨道根数,进而求解以救援轨道为目标轨道的燃料最优轨迹规划问题,从而完成推力故障下的在线轨迹重规划。数值仿真表明,与直接求解轨迹重规划问题相比,该方法的计算效率提高了两个数量级以上,同时给出一致的最优救援轨迹。

关键词：运载火箭最优救援轨道在线轨迹优化智能决策径向基神经网络自适应伪谱法

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高超声速飞行器机动规避轨迹优化

哈尔滨工业大学学报 2017年第4期49卷 16-21页

作者：高长生陈尔康荆武兴哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为研究高超声速滑翔飞行器规避禁飞区的轨迹设计问题,提出了一种基于拼接的机动规避轨迹优化方法.该方法通过引入拼接点将整条飞行轨迹分为若干段,然后利用能够处理分段优化问题和自动调整配点分布的自适应伪谱法,对高超声速滑翔飞行器... 详细信息

为研究高超声速滑翔飞行器规避禁飞区的轨迹设计问题,提出了一种基于拼接的机动规避轨迹优化方法.该方法通过引入拼接点将整条飞行轨迹分为若干段,然后利用能够处理分段优化问题和自动调整配点分布的自适应伪谱法,对高超声速滑翔飞行器的机动规避轨迹进行优化设计.仿真结果得到了不同禁飞区和拼接点分布下的机动规避轨迹,这些轨迹能够在满足各种约束条件的情况下有效规避禁飞区并到达指定点,且其中一种轨迹是全局优化方法无法得到的.仿真结果表明,该方法能够用于设计高超声速滑翔飞行器的横向大幅复杂机动轨迹,此外在该方法中拼接点位置还能够控制轨迹的形态.

关键词：高超声速机动平衡滑翔自适应伪谱法拼接

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考虑禁飞区的高超声速飞行器再入跟踪控制

国防科技大学学报 2020年第1期42卷 66-72页

作者：宫梓丰刘刚宋睿吴玉彬蔡光斌火箭军工程大学核工程学院陕西西安710025 火箭军士官学校测试控制系山东青州262500

为确立高超声速飞行器再入精确模型,参考NASA的研究数据对动力学方程中的气动参数进行拟合。基于飞行器结构的相关性质及战略应用背景,加入热流密度、动压、过载和禁飞区等参考约束的限制,融合成强非线性、复杂耦合的最优控制问题。采... 详细信息

为确立高超声速飞行器再入精确模型,参考NASA的研究数据对动力学方程中的气动参数进行拟合。基于飞行器结构的相关性质及战略应用背景,加入热流密度、动压、过载和禁飞区等参考约束的限制,融合成强非线性、复杂耦合的最优控制问题。采用改进自适应伪谱法求解模型所构建的微分方程组,通过设置自适应网格细化与配点,使单位时间内状态变量和控制变量波动过大的时间区间被进一步细划,并利用SNOPT求解器解算出符合条件的最优轨迹。设计闭环控制器,实现对最优轨迹的姿态变化的跟踪,测试系统的性能并进行评估。仿真结果表明:整个再入过程中,飞行器速度下降过程偏于平稳,再入轨迹可以满足约束条件,在避开禁飞区的同时取得最大横向航程;三通道角速度收敛可控,对姿态的跟踪较理想,控制器基本可以实现精确调姿。

关键词：高超声速飞行器再入段最优控制自适应伪谱法姿态跟踪

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高超声速飞行器低可探测性滑翔弹道优化方法

国防科技大学学报 2019年第5期41卷 16-23页

作者：黄浩丰志伟葛建全杨涛许强强国防科技大学空天科学学院

为进一步提高高超声速飞行器的突防性能,提出高超声速飞行器低可探测性滑翔弹道优化方法。考虑飞行器180°×360°方向的雷达散射截面,针对原数据尖峰多、收敛难的难题,运用高斯滤波法对其进行预处理,既不改变原数据趋势又加以平滑,提... 详细信息

为进一步提高高超声速飞行器的突防性能,提出高超声速飞行器低可探测性滑翔弹道优化方法。考虑飞行器180°×360°方向的雷达散射截面,针对原数据尖峰多、收敛难的难题,运用高斯滤波法对其进行预处理,既不改变原数据趋势又加以平滑,提高优化问题收敛性能。为使计算所用雷达散射截面数据具备较强的保真性,采用三次样条插值方法调用离散数据计算实时雷达散射截面。完成了高超声速飞行器低可探测性滑翔弹道优化问题的建模,以探测概率为目标函数,运用hp自适应Radau伪谱法优化求解,采用逐步计算策略进一步提高优化效率和收敛性能。与传统最短飞行时间弹道对比表明,该方法有效降低了飞行器被雷达发现的概率。

关键词：雷达散射截面低可探测滑翔弹道优化自适应伪谱法

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多约束多规避区全程弹道快速优化方法

固体火箭技术 2019年第2期42卷 245-252页

作者：赵欣秦伟伟张显炀何兵闫循良火箭军工程大学西安710025 西北工业大学西安710072

研究了多约束多规避区条件下的全程弹道快速优化问题。首先,分类研究了规避区的类型和基本模型;然后,重点考虑端点约束、控制约束、典型过程约束、时间及弹道链接约束和规避区约束等,构建了弹道优化的多种约束模型;最后,提出了一种基于... 详细信息

研究了多约束多规避区条件下的全程弹道快速优化问题。首先,分类研究了规避区的类型和基本模型;然后,重点考虑端点约束、控制约束、典型过程约束、时间及弹道链接约束和规避区约束等,构建了弹道优化的多种约束模型;最后,提出了一种基于检测点自适应伪谱法的轨迹优化算法,即在多区间伪谱法的基础上,引入曲率和误差判据,创新设计了自适应调整区间密度和区间内配点数的改进策略,构建了自适应伪谱法,进一步在自适应伪谱法的基础上加入检测点进行检测,采用一种基于配点间的检测点法作为解的近似误差评估准则,检验配点间的检测点处对于约束方程的满足程度。仿真结果表明,在不对初值进行猜测的情况下,以全程飞行耗时最短为优化指标,整个弹道优化CPU耗时小于5 s,终端状态参数均满足所有端点约束条件,优化弹道通过侧向绕飞,成功实现对两个规避区的规避,相关参数满足突防能力设计要求。

关键词：多约束多规避区全程弹道优化自适应伪谱法最优控制

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复杂约束条件下高超声速飞行器再入轨迹优化

兵器装备工程学报 2019年第1期40卷 1-6页

作者：张合新宫梓丰蔡光斌宋睿火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 青州士官学院山东青州262500

针对飞行器材料的物理性质和战略应用实际,设定热流、过载、动压和禁飞区等约束条件,构建了非线性多耦合最优控制问题模型。利用自适应伪谱法进行模型转换,经过网格细化配点优化过程,使状态变化量较大的时间区间被进一步细分,降低了系... 详细信息

针对飞行器材料的物理性质和战略应用实际,设定热流、过载、动压和禁飞区等约束条件,构建了非线性多耦合最优控制问题模型。利用自适应伪谱法进行模型转换,经过网格细化配点优化过程,使状态变化量较大的时间区间被进一步细分,降低了系统误差的同时将初始最优控制问题转变成非线性规划问题。提出了最大轨迹空间使得优化轨迹满足复杂约束,并使用SNOPT求解器解算出符合条件的最优轨迹。仿真结果表明,再入轨迹可以满足约束条件,在避开禁飞区的同时取得最优指标。

关键词：高超声速飞行器再入段轨迹优化自适应伪谱法复杂约束

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基于决策更新的多级火箭弹道重规划技术研究

航天控制 2019年第2期37卷 8-14页

作者：马昊磊李学锋北京航天自动控制研究所北京100854 宇航智能控制技术国家级重点实验室北京100854

火箭飞行中出现异常状态时,需要对任务弹道进行重新规划,弹道重规划包括任务决策和轨迹规划2部分内容。设计决策等级以确定任务目标,结合目标轨道根数的约束情况,采用自适应伪谱法规划出满足要求的飞行弹道。通过提高约束条件和求解精... 详细信息

火箭飞行中出现异常状态时,需要对任务弹道进行重新规划,弹道重规划包括任务决策和轨迹规划2部分内容。设计决策等级以确定任务目标,结合目标轨道根数的约束情况,采用自适应伪谱法规划出满足要求的飞行弹道。通过提高约束条件和求解精度实现决策更新,获得更高决策等级的高精度优化解。仿真结果表明,当火箭出现飞行偏差时,这种方案可以快速完成弹道重规划任务,对异常飞行状态实现一定程度的补救挽回。

关键词：任务决策轨迹规划决策等级自适应伪谱法